Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ TÀI TỐI ƯU HÓA TRUYỀN DỮ LIỆU TRÊN KÊNH KÊNH NHẬN THỨC (CBC) MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 4 MỤC LỤC 5 DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 7 DANH MỤC HÌNH VẼ 9 DANH MỤC BẢNG BIỂU 10 MỞ ĐẦU 11 1 Sự cần thiết của vấn[.]
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 10 11 Sự cần thiết vấn đề nghiên cứu 11 Mục tiêu nghiên cứu 11 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 12 Nội dung nghiên cứu12 Kết cấu luận văn 12 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC DẠNG TRUYỀN THÔNG 13 1.1 Giới thiệu 13 1.2 Mạng truyền thông không dây 13 1.3 Truyền thông kiểu người 15 1.4 Truyền thông kiểu máy .18 1.5 Thực trạng 3GPP đặc trưng 21 1.6 Quản lý tài nguyên vô tuyến điện .23 1.7 Phân bổ tài nguyên cho luồng dạng MTC HTC 25 CHƯƠNG II: MƠ HÌNH QUẢN TRỊ TÀI NGUN RADIO 29 2.1 Mơ hình hệ thống luồng 29 2.2 Lược đồ quản trị tài nguyên Radio dựa chuỗi Markov liên tục theo thời gian 32 2.2.1 Các trạng thái mơ hình chuỗi Markov liên tục theo thời gian .32 2.2.2 Chuyển đổi trạng thái 32 2.3 Xác suất bị chặn sử dụng kênh luồng 35 CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG 37 3.1 Các tham số mạng 37 3.2 Phân tích tình 37 3.3 Chỉ báo hiệu 37 skkn 3.4 Kết đánh giá hiệu .38 3.4.1 Ảnh hưởng biến thiên tốc độ luồng đến MTC xác suất chặn luồng HTC .38 3.4.2 Ảnh hưởng biến thiên tốc độ luồng đến MTC sử dụng kênh luồng HTC 42 3.4.3 Ảnh hưởng biến thiên tốc độ luồng đến MTC sử dụng kênh cho vùng chia sẻ 44 3.5 Kết luận chương .48 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 skkn DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt 1G 2G 3G 4G API AT&T BS CABM CDMA CTMC ECACB EDGE GPRS GSM HSPA HTC IoT IP LAN LTE M2M MNO MTC MTS NMT NTT ORA QoS RAN RCE RRM RUPRA SA2 SMRA Thuật ngữ đầy đủ First Generation Telecommunication Second Generation Telecommunication Third Generation Telecommunication Fourth Generation Telecommunication Application Programming Interface American Telephone & Telegraph Base Station Context-Aware Backhaul Management Code Division Multiple Access Continuous-Time Markov Chain Enhanced Cooperative Access Class Barring Enhanced Data rates for GSM Evolution General Packet Radio Service Global System for Mobile Communications High Speed Packet Access Human Type Communication Internet of Things Internet Protocol Local Area Networks Long-Term Evolution Machine-to-Machine Mobile Network Operators Machine Type Communication Mobile Telephone Service Nordic Mobile Telephone Nippon Telegraph and Telephone Orthogonal Resource Allocation Quality of Service Radio Access Networks Recursive Contending Users Estimation Radio Resource Management Random User-Pairing Resource Allocation System Architecture Working Group Suboptimal Minimal Resource Allocation skkn Viết tắt SMS TARRM UE UMTS VoIP WAN WCDMA WiFi WiMax Thuật ngữ đầy đủ Short Message Service Trac Adaptive Radio Resource Management User Equipment Universal Mobile Telecommunications System Voice over Internet Protocol Wide Area Networks Wideband Code Division Multiple Access Wireless Fidelity Worldwide Interoperability for Microwave Access skkn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sự phát triển mạng di động tế bào tốc độ liệu 15 Hình 1.2 Kiến trúc chung MTC 22 Hình 1.3 Thiết bị MTC truyền thơng trực tiếp với .22 Hình 1.4 Thiết bị MTC truyền thông với nhiều máy chủ MTC (a) MTC Server nằm miền mạng (b) MTC Server nằm miền mạng 23 Hình 2.1 Sơ đồ RRM cho luồng HTC MTC 30 Hình 2.2 Biểu đồ biểu diễn lược đồ RRM cho luồng HTC MTC 31 Hình 2.3 Sơ đồ chuyển trạng thái trạng thái mơ hình CTMC (a) Chuyển tiếp sang trạng thái s = (1; 1; 1; 1)S (b) Chuyển tiếp từ trạng thái s = (1; 1; 1; 1)S 34 Hình 3.1 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC với ngưỡng thay đổi xác suất chặn HTC 39 Hình 3.2 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC với ngưỡng số xác suất chặn HTC .40 Hình 3.3 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC với ngưỡng HTC số xác suất chặn HTC 41 Hình 3.4 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC xác suất chặn HTC trường hợp không ấn định ngưỡng 42 Hình 3.5 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC với ngưỡng thay đổi sử dụng kênh HTC 43 Hình 3.6 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC với ngưỡng số sử dụng kênh HTC 43 Hình 3.7 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC với ngưỡng số HTC sử dụng kênh HTC 44 Hình 3.8 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC với ngưỡng thay đổi sử dụng kênh vùng chia sẻ 45 Hình 3.9 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC với ngưỡng MTC số sử dụng kênh vùng chia sẻ 46 Hình 3.10 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC với ngưỡng HTC số sử dụng kênh vùng chia sẻ 46 Hình 3.11 Ảnh hưởng tốc độ đến MTC trường hợp không ấn định ngưỡng cho HTC MTC sử dụng kênh vùng chia sẻ 47 skkn DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các dạng luồng HTC mạng di động tế bào 17 Bảng 1.2 Các ứng dụng MTC 21 Bảng 2.1 Sự chuyển tiếp trạng thái 33 Bảng 3.1 Các thông số mạng .37 Bảng 3.2 Các giá trị ngưỡng 38 skkn MỞ ĐẦU Sự cần thiết vấn đề nghiên cứu Những thập niên gần công nghệ mạng không dây phát triển bùng nổ, việc sử dụng truyền dẫn không dây cho hệ thống mạng trở thành phổ biến Mạng không giây thay mạng có dây thiết lập sở hạ tầng mạng dạng mạng LAN, WAN, Mạng truyền thông không dây dạng tế bào hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ cho cá nhân thương mại Hạ tầng mạng truyền thông tế bào thiết kế nhằm đáp ứng dạng truyền thông kiểu người (human type communication - HTC) liệu dạng âm Tuy nhiên đời phát triển Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) [1] truyền thông kiểu máy (Machine Type Communication MTC) trở thành đối thủ truyền thông dạng người sử dụng tài nguyên cho truyền dẫn Theo dự báo từ kết nghiên cứu [3] cuối thập niên số thiết bị truyền thông đồng thời tăng lên đến hàng triệu thiết bị, ảnh hưởng không nhỏ đến truyền thông dạng người hay liệu âm Chúng ta nhận thức rõ ràng dịch vụ truyền thông dạng máy hỗ trợ giám sát giao thông, dịch vụ giám sát cảnh báo an ninh,… cần truyền thông theo thời gian thực Như việc thiết lập tối ưu tài nguyên mạng để đáp ứng dịch vụ truyền thông kiểu máy kiểu người hệ thống toán thách thức nhà nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Trong mạng truyền thông không dây quản trị tài nguyên Radio (radio resource management - RRM) giữ vai trò quan trọng cho sử dụng tối đa lực tài nguyên có Một lược đồ sử dụng hiệu giảm đáng kể yêu cầu phần cứng Triển khai hạ tầng mở rộng phạm vi mạng tế bào thích hợp triển khai ứng dụng dạng máy, xem mạng tế bào trung tâm hay lõi môi trường triển khai truyền thông kiểu máy MTC có đặc trưng yêu cầu khác chất lượng chẳng hạn kích thước gói nhỏ, tần suất truyền, số lượng lớn skkn thiết bị đặc trưng khác với truyền thông dạng thơng thường HTC Những khác biệt dẫn đến thách thức việc cấp phát tài nguyên hiệu mạng truyền thơng có luồng liệu dạng HTC MTC Trong thực tế việc thiết kế lược đồ quản trị tài nguyên Radio hiệu phải có phân tích sâu ảnh hưởng MTC HTC, hiệu luồng HTC thực đồng thời với nhiều luồng dạng MTC Đây mục tiêu nghiên cứu luận văn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu bao gồm hệ thống truyền tin không dây Phạm vi nghiên cứu tìm hiểu chuẩn truyền tin khơng giây, mơ hình lược đồ quản lý tài ngun Radio đánh giá hiệu suất mơ hình Nội dung nghiên cứu Các nội dung nghiên cứu bao gồm: - Tổng quan công nghệ truyền thông không dây, chuẩn kỹ thuật không dây - Nghiên cứu mơ hình chuỗi Markov liên tục theo thời gian sử dụng cho lược đồ quản trị tài nguyên Radio mạng truyền thông không dây - Đánh giá hiệu mơ hình quản trị tài ngun Radio thơng qua phân tích ảnh hưởng MTC HTC mạng truyền thông không dây Kết cấu đề tài Cấu trúc đề tài bao gồm phần mở đầu, ba chương kết luận: Mở đầu: Giới thiệu tổng quan, ngắn gọn luận văn, mô tả cần thiết mục tiêu nghiên cứu Chương 1: Trình bày số thông tin mạng không dây phân bổ tài nguyên cho luồng dạng MTC HTC Chương 2: Nghiên cứu mơ hình quản trị tài nguyên Radio dựa chuỗi Markov liên tục theo thời gian Chương 3: Đánh giá hiệu mơ hình quản trị tài ngun Radio skkn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC DẠNG TRUYỀN THÔNG 1.1 Giới thiệu Mục tiêu chương giới thiệu tảng mạng không dây công nghệ truyền thông tương lai Giới thiệu sơ lược lịch sử mạng di động tế bào cải tiến thập kỷ qua Tác động tiến công nghệ hệ thiết bị, ví dụ thiết bị dựa MTC Các đặc trưng ứng dụng luồng dạng HTC thành phần mạng không dây di động tế bào nội dung chương Các đặc tính ứng dụng MTC với trạng thái thời 3GPP giới thiệu Việc sử dụng MTC mạng khơng dây di động tế bào có sẵn luồng HTC dẫn đến thách thức phức tạp quản lý tài nguyên vô tuyến điện (RRM) vấn đề xem xét nghiên cứu chương 1.2 Mạng truyền thông không dây Trong thời đại ngày nay, nhiều loại mạng không dây sử dụng để truyền liệu loại thiết bị khác mạng truyền thơng khơng dây Ví dụ mạng LAN không dây, Wi-Fi, Wi-Max, ZigBee, TransferJet, Bluetooth, mạng Ham radio, mạng di động tế bào, Trong số này, mạng di động tế bào mạng phổ dụng chúng có phạm vi phủ sóng địa lý rộng Cơng nghệ mạng phát triển từ GSM đến 2G, 3G ngày 4G LTE [9] Sự phát triển công nghệ đạt ngày hôm nhờ có phát triển thiết bị điện toán, thiết kế vi kiến trúc, hiệu suất lượng xử lý đa luồng đa nhân, cải thiện thời gian công suất sử dụng pin, xử lý tín hiệu số,… Trong suốt chu kỳ phát triển mạng di động tế bào liên tục đưa tốc độ truyền liệu tốt Trong giai đoạn khởi đầu mạng di động tế bào dựa 2G, tốc độ liệu đạt 14,4 kbps cải thiện theo thời gian lên đến 171 kpbs cách sử dụng công nghệ GPRS (General Packet Radio Service), đạt skkn đến 384 kbps cách sử dụng công nghệ làm tăng tốc độ liệu cho GSM (EDGE), đạt đến Mbps hệ 3G cách sử dụng công nghệ băng thông rộng đa truy nhập phân chia theo mã(WCDMA), đạt đến 14,4 Mbps sử dụng công nghệ HSPA (High Speed Packet Access) khoảng 50-100 Mbps với QoS đảm bảo, cải thiện hiệu suất độ phủ sóng lớn sử dụng cơng nghệ 4G (hoặc LTE) [9] Sự phát triển công nghệ mạng di động tốc độ liệu thể hình 1.2 Mạng di động tế bào làm việc mở rộng khối kiến trúc gọi tế bào Các tế bào quy định vùng phủ sóng mạng di động Các tế bào phục vụ trạm sở hạ (BS) tập trạm sở Các thiết bị vật lý ăng ten, lưu điện, thiết bị truyền tín hiệu, thiết bị xử lý, … đặt vị trí BS Vùng phủ sóng tế bào phụ thuộc vào khả BS, chúng kết nối với mạng lõi gán nhóm dải tần số vơ tuyến kênh Mỗi BS hỗ trợ nhiều người dùng thiết bị kết nối với dải tần số kênh radio Do quy định luật đưa phủ nhóm chuẩn cơng nghệ có tập hợp tần số sử dụng để truyền tín hiệu di động Ràng buộc thực giới hạn số lượng kênh vô tuyến sử dụng BS để truyền tín hiệu Vì kênh bị hạn chế có nhiều người dùng tế bào mạng nên việc thiết lập thông số tốc độ liệu, định vị người dùng, công suất truyền công suất nhận, lược đồ điều chế, tiêu chí chuyển giao, … đóng vai trị quan trọng việc quản lý tài nguyên Do tiến công nghệ không dây, mạng di động không dây tế bào với tính ban đầu dùng để truyền liệu thoại, chuyển từ thời kỳ điện thoại di động sang thời kỳ điện tốn khơng dây nhờ vào kết tăng tốc độ truyền liệu Điều cho phép mạng di động cung cấp dịch vụ xem phim theo yêu cầu Trong phát triển tất truyền thông liên lạc khởi tạo với can thiệp người qua điện thoại di động thiết bị tương tự sử dụng HTC chiếm 10 skkn ... xét nghiên cứu chương 1.2 Mạng truyền thông không dây Trong thời đại ngày nay, nhiều loại mạng không dây sử dụng để truyền liệu loại thiết bị khác mạng truyền thơng khơng dây Ví dụ mạng LAN không. .. sử dụng truyền dẫn không dây cho hệ thống mạng trở thành phổ biến Mạng khơng giây thay mạng có dây thiết lập sở hạ tầng mạng dạng mạng LAN, WAN, Mạng truyền thông không dây dạng tế bào hỗ trợ... Radio skkn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC DẠNG TRUYỀN THÔNG 1.1 Giới thiệu Mục tiêu chương giới thiệu tảng mạng không dây công nghệ truyền thông tương lai Giới thiệu sơ lược lịch sử mạng